По ту сторону цифрового средневековья: как 5D-хранение данных на стекле может навсегда сохранить наследие человечества

В подвале Саутгемптонского университета под микроскопом лежит небольшой диск из кварцевого стекла. Он размером не больше монеты, однако обладает потенциалом пережить саму планету, на которой был создан. В то время как наш нынешний цифровой мир полагается на жесткие диски, выходящие из строя в течение десятилетия, и магнитные ленты, которые деградируют через тридцать лет, ученые усовершенствовали метод «5D» оптического хранения данных, который может оставаться стабильным в течение миллиардов лет.

Эта технология представляет собой важнейший сдвиг в нашем восприятии информации. Сейчас мы живем в период, который историки называют «цифровым средневековьем» — эпоху, когда огромный объем производимых нами данных сопоставим лишь с хрупкостью носителей, используемых для их хранения. От потери ранних интернет-форумов до деградации семейных фотографий, хранящихся на дешевых DVD-дисках, — наша коллективная память угасает. Лазерная гравировка на стекле предлагает постоянное решение.

Наука пяти измерений

Чтобы понять, как стекло может хранить 360 терабайт данных, нам нужно выйти за пределы трех измерений физического пространства. Стандартные оптические диски, такие как CD или Blu-ray, хранят данные на поверхности. Если поверхность поцарапана, данные теряются. Однако 5D-хранилище использует фемтосекундный лазер для создания наноструктур внутри самого объема кварцевого стекла.

Эти структуры определяются пятью различными переменными: трехмерным положением внутри стекла (X, Y и Z) плюс двумя дополнительными оптическими измерениями — размером и ориентацией наноструктуры. Когда свет проходит сквозь стекло, эти наноструктуры изменяют его поляризацию. Специализированный считыватель декодирует эти изменения обратно в двоичные данные.

Представьте себе традиционную книгу, где информация содержится не только в словах, но и в толщине бумаги и угле, под которым высохли чернила. Такая плотность позволяет упаковать ошеломляющее количество информации в пространство размером с почтовую марку.

Создано, чтобы пережить цивилизации

Что действительно отличает 5D-кристаллы памяти, так это их невероятная устойчивость. Большинство носителей информации чувствительны к теплу, влаге и магнитным полям. Жесткий диск — это хрупкий механический прибор, а SSD полагается на электрические заряды, которые со временем утекают. Кварцевое стекло, напротив, является одним из самых химически и термически стабильных материалов на Земле.

Тестирование показало, что эти стеклянные диски могут выдерживать температуру до 1000°C без потери данных. Ожидается, что при комнатной температуре данные останутся читаемыми в течение 13,8 миллиардов лет — что примерно соответствует нынешнему возрасту Вселенной. Это делает технологию идеальной «капсулой времени» для человеческих знаний.

Сравнение поколений систем хранения данных

Чтобы понять место 5D-стекла в современном ландшафте, необходимо сравнить его с отраслевыми стандартами для архивного и потребительского использования.

От исследовательской лаборатории до Project Silica

В то время как Саутгемптонский университет стал пионером концепции «кристалла памяти», технологические гиганты, такие как Microsoft, подхватили эстафету в рамках проекта «Project Silica». Цель Microsoft — переосмыслить облачные технологии с нуля. В современных центрах обработки данных «холодные» данные — информация, к которой редко обращаются, но которую необходимо хранить — требуют огромного количества электроэнергии для охлаждения и постоянной «перезаписи» для предотвращения сбоев дисков.

Перенеся архивные данные на стекло, компании смогут отказаться от энергозатратного климат-контроля. Как только данные записаны в стекло, для их поддержания не требуется электроэнергия. Они могут стоять на полке обычного склада веками, ожидая лазера для считывания.

Практические препятствия: почему этого еще нет в вашем ноутбуке

Несмотря на многообещающие перспективы, вы не замените свою флешку стеклянным кристаллом в этом году. В настоящее время технология сталкивается с двумя основными препятствиями: стоимостью и скоростью записи. Запись данных с помощью фемтосекундных лазеров — это медленный, кропотливый процесс, требующий дорогостоящего высокоточного лабораторного оборудования. Хотя считывание данных с помощью микроскопа и поляризатора относительно просто, запись остается «узким местом».

Кроме того, 5D-стекло является носителем типа WORM («однократная запись, многократное чтение»). Вы не можете стереть и перезаписать участок стекла после того, как наноструктуры сформированы. Это делает его идеальным для генома человека, Великой хартии вольностей или ваших постоянных медицинских записей, но бесполезным для рабочей операционной системы или временной папки загрузок.

Что это значит для будущего

По мере того как мы продвигаемся в XXI век, сохранение нашего цифрового наследия становится вопросом культурного выживания. В настоящее время мы рискуем оставить после себя меньше физических свидетельств нашего существования, чем древние египтяне с их наскальной резьбой. 5D-хранение на стекле меняет это уравнение.

Вот на что стоит обратить внимание организациям и частным лицам, смотрящим в будущее:

• Институциональное внедрение: Ожидайте, что национальные библиотеки и музеи первыми внедрят хранение на стекле для «золотых копий» исторических документов.
• Конец миграции данных: В настоящее время ИТ-отделы вынуждены переносить данные на новые ленты каждое десятилетие. Стеклянное хранилище обещает рабочий процесс по принципу «архивировал и забыл».
• Освоение космоса: Поскольку стекло устойчиво к интенсивному космическому излучению, оно является идеальным носителем для отправки суммы человеческих знаний в длительные межзвездные миссии.

Мы наконец уходим от эпохи «временных» технологий. Впервые в истории у нас есть способ гарантировать, что истории, открытия и данные сегодняшнего дня будут доступны тем, кто — или что — будет населять Землю через миллионы лет.

Источники

• University of Southampton: Optoelectronics Research Centre (ORC) official reports.
• Microsoft Research: Project Silica development logs.
• International Journal of Applied Glass Science: Studies on thermal stability of nanostructured silica.